Terkadang menggunakan gelombang ultrasonik untuk membuat pola yang tidak berulang

Pola dua dimensi kuasiperiodik. Kredit: Atas kebaikan Fernando Guevara Vasquez

Proses menghasilkan pola kuis dapat menghasilkan materi yang dapat disesuaikan.

Matematikawan dan insinyur di Universitas Utah bekerja sama untuk menunjukkan bagaimana gelombang ultrasound dapat mengatur partikel karbon dalam air dalam pola yang tidak pernah berulang. Hasilnya, kata mereka, dapat dibuat dalam bahan yang disebut “quasicristals” dengan sifat magnet atau listrik khusus.

Penelitian tersebut dipublikasikan di jurnal Surat ulasan fisik.

“Quasicrystals menarik untuk dipelajari karena kristal mereka tidak memiliki sifat yang mereka miliki,” kata Fernando Guevara Vasquez, seorang profesor matematika. “Ini juga terbukti lebih ketat daripada materi periodik atau semrawut. Mereka berbeda dari kristal dalam hal kilat, atau gelombang yang tersebar.

Pola non-pola

Gambar papan centang Anda dapat mengambil dua ubin hitam dan dua persegi persegi dari dua ubin putih (atau merah) dan salin dan tempel untuk mendapatkan seluruh papan centang. Seperti struktur “periodik”, dengan pola Pajak Berulang kali, kristal muncul secara alami. Ambil contoh sebutir garam. Pada tingkat inti, ia seperti kisi-kisi atom natrium dan klorida. Anda dapat menyalin dan menempelkan jaring dari satu bagian kristal dan menemukan kecocokan di bagian lain.

Namun penipu struktur casiperiodic adalah contoh dari pola yang disebut penrose tiling. Sekilas, ubin geometris berbentuk berlian muncul dalam pola yang teratur. Namun Anda tidak dapat menyalin dan menempelkan pola ini. Itu tidak akan terulang.

Penrose Tiling (Rombi)

Ubin Penrose menampilkan simetri lima kali lipat dengan belah ketupat.

Penemuan struktur kosipirrodik dalam beberapa paduan logam oleh fisikawan Dan Schechtman memenangkan Hadiah Nobel Kimia 2011 dan menandai dimulainya studi quesystoles.

Sejak 2012, Guevara dan Bert Reimekers, seorang profesor teknik mesin, telah berkolaborasi dalam desain material, termasuk struktur yang dirancang khusus di mikroskop. Faktanya, mereka awalnya tidak ingin membuat bahan kosmopolitan, bahkan percobaan teoritis pertama mereka, yang dipimpin oleh China Mook, seorang mahasiswa doktoral matematika, berfokus pada materi periodik dan jenis desain konsentrasi apa yang dapat dicapai dengan menggunakan gelombang ultrasound. Di setiap bidang dimensi mereka melihat bahwa dua pasang transduser ultrasonik paralel cukup untuk menyusun partikel dalam struktur periodik.

Tetapi bagaimana jika mereka memiliki satu pasang transduser lagi? Untuk mengetahuinya, Raymaker dan mahasiswa sarjana Milo Presbray (sekarang di Laboratorium Nasional Los Alamos) memberikan instrumen eksperimental dan profesor matematika Elena Cherkayev memberikan pengalaman dalam teori matematika dengan quescrystals. Guevara dan Mook melakukan perhitungan teoretis untuk memprediksi pola yang akan dibuat oleh transduser ultrasound.

Pola kuasiperiodik tercipta

Cherkayev mengatakan bahwa pola casipioroid dapat dianggap sebagai strategi “potong-dan-proyek”, daripada metode potong-dan-tempel.

Jika Anda menggunakan cut-and-project untuk mendesain pola casipioroid dalam satu garis, Anda mulai dengan kotak persegi pada bidang. Kemudian Anda menggambar atau memotong garis sehingga melewati simpul kisi. Pai menggunakan angka acak seperti pi, menggunakan angka berurutan yang tidak diketahui yang tidak pernah berulang. Ini kemudian Anda dapat memproyeksikan node grid yang paling dekat dengan garis dan memastikan bahwa pola jarak antar titik garis tidak pernah terulang. Mereka bersifat casipioroidic.

Sudut pandangnya sama pada bidang dua dimensi. “Kami mulai dengan fungsi periodik dalam kisi atau ruang berdimensi tinggi,” kata Cherkayev. “Kami memotong bidang melalui ruang ini dan mengikuti prosedur serupa untuk membatasi periodisitas pada irisan 2-D yang irasional.” “Saat menggunakan transduser ultrasonik , dalam studi ini Misalnya, transduser menghasilkan sinyal periodik dalam ruang berdimensi tinggi tersebut.

Penyiapan Eksperimental Kuasiperiodik Ultrasound

Setup eksperimental empat pasang transduser ultrasound di sekitar reservoir dengan nanopartikel karbon tersuspensi dalam air. Kredit: Atas kebaikan Fernando Guevara Vasquez

Para peneliti menempatkan empat pasang transduser ultrasound dalam format tanda berhenti segi delapan. “Kami tahu ini adalah pengaturan termudah di mana kami dapat mendemonstrasikan sistem partikel cospyroidal,” kata Guevara. “Kami juga memiliki kendali terbatas atas sinyal apa yang akan digunakan untuk mengoperasikan transduser ultrasound; Kami pada dasarnya hanya dapat menggunakan sinyal atau “” negatifnya

Dalam pengaturan segi delapan ini, tim menempatkan nanopartikel karbon kecil yang tersuspensi di air. Setelah transduser dihidupkan, gelombang ultrasonik memandu partikel karbon ke luar angkasa, menciptakan pola kaspiriodik yang mirip dengan ubin penrose.

Guevara berkata, “Setelah diuji, kami membandingkan hasil dengan prediksi teoretis dan kami mendapatkan kesepakatan yang sangat bagus.

Bahan khusus

Langkah selanjutnya adalah membuat elemen dengan tata letak pola kaspioroid. Guevara mengatakan itu tidak akan terlalu keras jika partikel tersuspensi dalam polimer, bukan air yang dapat menyembuhkan atau mengeras begitu partikel masuk ke posisinya.

“Metode ini memungkinkan kita untuk membuat komponen kosmopolitik baik 2-D atau 3-D dan dapat memiliki simetri kosmopolitik umum dengan memilih bagaimana kita mengatur dan mengoperasikan transduser ultrasound,” kata Guevara. .

Masih harus dilihat apa yang akan dapat dilakukan komponen-komponen ini, tetapi aplikasi konsekuensialnya adalah membuat bahan yang dapat memanfaatkan gelombang elektromagnetik seperti teknologi seluler 5G yang mereka gunakan saat ini. Aplikasi komponen kaspiriodik lain yang sudah diketahui termasuk pelapis antilengket, yang menghasilkan koefisien gesekan yang lebih sedikit, dan termasuk pelapis isolasi terhadap perpindahan panas, kata Cherkayev.

Contoh lainnya adalah pengerasan baja tahan karat dengan menyematkan partikel kecil berbentuk kristal. Siaran pers yang dikeluarkan untuk Hadiah Nobel Kimia 2011 menyatakan bahwa kristal aneh dapat “memperkuat material seperti baju besi.”

Jadi, kata para peneliti, kita dapat mengharapkan novel ini, yang dibuat oleh perakitan partikel ultrasound, memiliki banyak aplikasi baru yang menarik dari struktur periodik kapsuler.

Referensi: “Wave-driven Assembly” dari pola partikel berbentuk partikel oleh Elena Cherkayev, Fernando Guevara Vasquez, China Mook, Milo Presbrey dan Bert Reimekers, “April 2021,” Surat ulasan fisik.
DOI: 10.1103 / Fizer Violet 126 2645451

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.